Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения - повьшение помехозащищенности , КПД и упрощение. Преобразователь содержит накопительный дроссель с обмотками 6 и 7, два переключающих транзистора 4 и 5, выходной трансформатор с первичной 3 и вторичной 8 обмотками, диодный делитель входного напряжения на диодах 1 и 2,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 02 М 3/337

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4084611/24-07 (22) 07 ° 07.86 (46) 07.01.88. Бюл. 9 1 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по разработке специального технологического оборудования (72) В.И. Осадчий (53) 621.3 14.57(088,8) (56) Электронная техника в автоматике./Под ред. Ю.И.Конева. — М.: Советское радио, 1972, вып. 3 с. 137.

Авторское свидетельство СССР

N 909670, кл. С 05 F I/625, 1979.

„.Я0„„1365292 А1 (54) СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках питания. Цель изобретения — повьппение помехозащищенности, КПД и упрощение. Преобразователь содержит накопительный дроссель с обмотками 6 и 7, два переключающих транзистора 4 и 5, выходной трансформатор с первичной 3 и вторичной 8 обмотками, диодный делитель входного напряжения на диодах 1 и 2, модулятор длительности импульсов, состоящий иэ задающего генераторамультивибратора на транзисторах 10, 11, измерительный мост с конденсатором 38. Введение пусковых цепей 21, 22 и 28, 29, 30, счетного триггера

1365292 на транзисторах 12, 13, инвертирующих 19, 27 и согласующего 25 транзисторов позволяет обеспечить функционирование преобразователя при возникновении высокочастотных помех в системе управления, 1 ил.

Изобретение относится к преобра- зовательной технике и может быть использовано при разработке источни-. ков электропитания различных радио8 технических систем.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности и КПД, упрощение преобразователя.

На чертеже представлена принципиальная схема стабилизирующего преобразователя постоянного напряжения.

В преобразователе к плюсовому входному выводу подключен катод диода 1 делителя входного напряжения, анод которого соединен с катодом второго диода 2 делителя и выводом первичной обмотки 3 выходного трансформатора. Другой вывод первичной обмотки 3 соединен с эмиттерами переклю-20 чающих транзисторов обратной проводимости и-р-и 4 и прямой проводимости ,р-и-р 5. Коллектор транзистора 4 соединен с концом обмотки 6 накопительного дросселя, а начало этой обмот- 25 ки — с плюсовым входным выводом. Коллектор транзистора 5 соединен с началом обмотки 7 дросселя, а конец этой обмотки — с анодом диода 2 и минусовым входным выводом. 30

К вторичной обмотке 8 выходного трансформатора подключен мостовой выпрямитель 9. Плюсовой вывод последнего соединен с эмиттерами транзисторов 10 и 11 типа р-и-р мульти35 вибратора задающего генератора, с эмиттерами транзисторов 12 и 13 типа р-и-р счетного триггера — делителя частоты, через резисторы 14 и

15 — с коллекторами транзисторов 16 и 17 типа и-р-и нуль-органа, через резистор 18 — с базой переключающего транзистора 4 и коллектором инвертирующего транзистора 19 типа п-р-п, 2 через первые пусковые диод 20 в прямом направлении, резистор 21 и конденсатор 22 — с плюсовым входным выводом. Минусовой вывод мостового выпрямителя 9 соединен через резисторы с коллекторами транзисторов 10 и 11 мультивибратора, задающего генератора, через резисторы — с коллекторами транзисторов 12 и 13 триггера, через резистор 23 — с базой, а через резистор 24 — с коллектором согласующего транзистора 25 нуль-органа, через резистор 26 — с базой переключающего транзистора 5 и коллектором инвертирующего транзистора 27 типа р-,п-р, через вторые пусковые диод

26 в прямом направлении, резистор 29 и конденсатор 30 — с минусовым выводом питания, через ограничительный резистор 31 — с анодом стабилитрона

32 второго плеча моста и резистором

33 третьего плеча измерительного моста.

Средняя точка вторичной обмотки 8 выходного трансформатора соединена с транзисторами 4, 5, 19, 27, 16, 17 и 25, через стабилитрон 34 — с анодом диода 20, через стабилитрон

35 — с катодом диода 28, через резистор 36 — с базой транзистора 19, через резистор 37 — с базой транзистора 27, катодом стабилитрона 32, конденсатором 38 первого плеча моста формирования пилообразного напряжения, зашунтированного резистором 39.

Другой вывод конденсатора 38 соединен через резистор 40 четвертого плеча измерительного моста с резистором 33 третьего плеча моста и базой транзистора 17 нуль-органа и через регулируемый резистор 41 и диод 42 с выходом зависящего генератора (кол1365292

55 лектором транзистора 10 мультивибратора), Выход нуль-органа (коллектор транзистора 16) соединен через резистор 43 с базой транзистора 19, через резистор 44 — с базой транзистора 17, через резистор 45 — с базой транзистора 25, а его база соединена с коллектором транзистора 17, Коллектор транзистора 25 соединен через резистор 46 с базой транзистора 27.

База транзистора 19 соединена с анодом первого разделительного диода

47, база транзистора 27 — с катодом второго разделительного диода 48, канод диода 47 и анод диода 48 подключены к выходу счетного триггера (коллектор транзистора 12). Второй выход задающего генератора (коллектор транзистора 11 мультивибратора) соединен через конденсатор 49 с входом счетного триггера (аноды диодов

50 и 51, подключенных катодами к базам транзисторов 12 и 13 триггера), общая точка конденсатора 49 и анодов диодов 50 и 51 соединена через резистор 52 с плюсовым выводом выпрямителя.

Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения работает следУющим образом, При включении напряжения питания заряжаются пусковые конденсаторы 22 и 30 через пусковые резисторы 21 и

29 и стабилитроны 34 и 35. На стабилитронах 34 и 35 соответственно после диодов 20 и 28 появляется напряжение питания задающего генераторамультивибратора с уровнем, устанавливаемым чуть меньше напряжения на выходе выпрямителя 9 в установившемся режиме работы. Запускается задающий генератор-мультивибратор на транзисторах 10 и 11. С коллектора транзистора 10 переменное напряжение прямоугольной формы со скважностью два поступает через диод 42 и резистор

41 на вход цепи формирования пилообразного напряжения, а с коллектора транзистора 11 — на входы симметричного триггера на транзисторах 12 и

13. Когда транзистор 11 мультивибратора закрыт, конденсатор 49 заряжается через резистор 52, при этом диоды 50 и.51 закрыты. В момент открйтого состояния транзистора 11 конденсатор 49 разряжается и на базы транзисторов 12 и 13 триггера через дио5

40 ды 50 и 51 поступает импульс положительной полярности и малой длительности. Этот импульс не изменяет состояния закрытого транзистора триггера, íî его открытый транзистор закрывается этим импульсом. В результате происходит регенеративный процесс опрокидывания триггера, в другое устойчивое состояние. Следующий импульс приводит триггер в первоначальное устойчивое состояние. Следовательно, триггер делит количество импульсов на два, т.е. является делителем частоты мультивибратора.

Рассматривают режим работы преобразователя при поступлении на базы инвертирующих транзисторов 19 и 27 управляющих импульсов только с триггера, условившись, что транзисторы

16 и 25 нуль-органа закрыты и на базы транзисторов 19 и 27 подаются через резисторы 14, 43 и 24, 46 отпирающие напряжения, Так как эмиттеры транзисторов. 19 м 27 соединены со средней точкой обмотки 8 выходного трансформатора и стабилитронов 34 и 35, при закрытом состоянии транзистора 12 триггера с его коллектора поступает прямоугольный импульс отрицательной полярности, отпирающий только диод 47 и запирающий только инвертирующий транзистор 19 в течение всего первого периода переменного напряжения с мультивибратора. Так как транзистор 19 закрыт, переключающий транзистор открыт положительным напряжением, поступающим через резистор 18. В этот момент инвертирующий транзистор 27 открыт, шунтируя переход эмиттер — база переключающего транзистора 5, и последний закрыт.

В следующий период переменного напряжения с мультивибратора транзистора 12 триггера открыт, соответственно уже на базу транзистора 27 через диод 48 поступает прямоугольный импульс положительной полярности. Транзистор 27 закрывается, соответственно транзистор 5 открывается, В этот момент наоборот транзистор

19 открывается транзистор 4 закрывается. Такой режим работы является безопасным для работоспособности схемы, например, в случае отказа нуль-органа. Кроме этого, исключается опасный режим — одновременное нахождение транзисторов 4 и 5 в закры1365292 том состоянии при любых помехах. В таком режиме работы через обмотки дросселя не проходит ток, преобразо. ватель не потребляет электрической энергии и напряжение на первичной

5 обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Другой режим работы. Пусть транзисторы 16 и 25 нуль-органа кратко- 1<, временно открываются на время менее полупериода переменного напряжения с мультивибратора. Тогда инвертирующие транзисторы 19 и 27 оба закрываются, и запирающие импульсы с триг- 1> гера не изменяют состояния ни одного из них, Переключающие транзисторы 4 и 5 одновременно открываются, обмотки 6 и 7 накопительного дросселя соединяются последовательно (начало с концом), через них протекает ток, в дросселе накапливается магнитная энергия, при этом по-прежнему диоды

1 и 2 закрыты обратным напряжением источника питания, и напряжение на 2 первичной обмотке 3 выходного трансформатора равно нулю.

Установившийся режим работы. На конденсатор 38 с коллектора транзис- 3<> тора 10 мультивибратора могут поступать через диод 42 только полупериоды положительной полярности переменного напряжения. На этом конденсаторе наблюдается постоянная составляющая напряжения, которая равна опорному напряжению на стабилитроне 32, и переменная составляющая напряжения пилообразной формы (пила). Нарастание переднего фронта пилы происходит 40 в положительный полупериод переменного напряжения с выхода мультивибратора, когда диод 42 открыт, а спад заднего фронта пилы — в отрицательный полупериод, когда диод 42 закрыт 4> и конденсатор 38 разряжается через резистор 39. При равенстве уровней напряжения на стабилитроне 32 и конденсаторе 38 и равенстве плеч моста, . резисторов 40 и 33, в диагонали моста, подключенной к входу нуль-органа, напряжение равно нулю (если не учитывать прямого напряжения перехода база — эмиттер транзистора 17). При этом напряжение на конденсаторе 38 включено в отпирающем, а напряжение на стабилитроне 32 в запирающем направлениях по отношению к транзистору 17.

При спаде заднего фронта пилы, когда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 станет меньше опорного напряжения на стабилитроне 32, транзистор 17 нульоргана закрывается, а транзистор 16 соответственно открывается через резистор 15 (в практической схеме нульоргана выполнен по схеме компаратора на операционном усилителе). Одновременно открывается согласующий транзистор 25 нуль-органа, так как снимается с базы этого транзистора запирающее напряжение, подаваемое с резистора 45, поскольку последний оказывается соединенным с эмиттером транзистора 25 через транзистор 16.

Следовательно, инвертирующие транзисторы 19 и 27 закрываются, так как их переходы база — эмиттер зашунтированы резисторами 36 и 37, а переключающие транзисторы 4 и 5 открываются, Через последовательно соединенные обмотки 6 и 7 дросселя проходит ток, и в дросселе накапливается магнитная энергия. Суммарное время открытого состояния транзисторов 4 и

5 определяется временем спада пилы, а затем после появления положительного полупериода переменного напряжения с мультивибратора временем нарастания пилы до уровня, когда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 становится больше напряжения на стабилитроне 32, Затем транзистор 17 нуль-органа открывается, а транзисторы 16 и 25 закрываются. Однако, только один из транзисторов 19 и 27 открывается, так как в этот момент на базе одного из них присутствует запирающее напряжение с выхода триггера, при этом весь период переменного напряжения с мультивибратора. Допустим открывается транзистор 19, тогда другой транзистор 27 закрывается импульсом. с триггера. Соответственно закрывается только переключающий транзистор 4, т.е. его переход эмиттер — база зашунтирован транзистором 19. B результате обрыва цепи прохождения тока через обмотки дросселя на его обмотках возникает ЭДС самоиндукции противоположной полярности, т.е. напряжение на обмотке 7 накопительного дросселя через открытый транзистор 5 и открытый диод 2 приклады7 13652 вается к первичной обмотке 3 выходного трансформатора.

Во вторичных обмотках выходного трансформатора (в том числе в обмотке 8) наводится ЭДС с амплитудами, 5 прямо пропорциональными коэффициентам трансформации, С выпрямителя 9 на модулятор длительности поступает напряжение питания.по уровню больше, чем на стабилитронах 34 и 35 и поэтому диоды 20 и 28 в установившемся режиме закрыты. Суммарное время такого состояния определяется временем продолжающегося нарастания пилы, а затем после появления отрицательного полупериода напряжения с выхода мультивибратора временем спада пилы до уровня, когда сумма постоянной и переменной составляющим на конденсаторе 38 становится меньше напряжения на. стабилитроне 32. В результате транзистор 17 вновь закрывается, транзисторы 16 и 25 открываются, транзисторы 19 и 27 закрываются, а 25 транзисторы 4 и 5 открываются и в дросселе вновь накапливается магнитная энергия..

Как только сумма постоянной и пе30 ременной составляющих на конденсаторе 38 опять станет больше напряжения на стабилитроне 32, транзисторы 16 .и 25 закрываются. Однако открывается уже другой инвертирующий транзис35 тор, а именно транзистор 27, так как начинается уже второй период переменного напряжения с мультивибратора, и с выхода триггера — делителя частоты мультивибратора на два запираю- 40 щее напряжение весь период прилагается к базе другого инвертирующего транзистора, а именно транзистора

19. Соответственно закрывается уже другой переключающий транзистор 5, в обмотках 6 и 7 дросселя возникает

ЭДС самоиндукции, и напряжение с другой обмотки 7 через открытый транзистор 4 -и открытый диод 1 прикладывается к первичной обмотке 3 выходного трансформатора, но полярность этого напряжения противоположна напряжению на обмотке 3 и предыдущем полупериоде. Таким образом, на обмотке 3 выходного трансформатора наблюдают переменное напряжение прямоугольной формы с паузами между полупериодами (в момент накопления магнитной энергии в дросселе) и час92

8 тотой, в два раза меньшей частоты задающего генератора — мультивибратора.

Стабилизация выходного напряжения осуществлется изменением соотношения времени открытого и времени закрытого состояний переключающих транзисторов 4 и 5, при этом они находятся в закрытом состоянии поочередно ° Допустим в установившемся режиме работы возрастает напряжение питания и соответственно напряжение на выходе выпрямителя 9. Тогда сумма постоянной и переменной составляющих на конденсаторе 38 превышает уровень опорного напряжения на стабилитроне 32 по времени раньше, а уменьшается до уровня опорного напряжения позже, т ° е. фактически возрастает длительность поочередного закрытого состояния переключающих транзисторов 4 и 5, а открытого— уменьшается. В результате магнитной энергии в дросселе накапливаются тоже количество и амплитуда ЭДС самоиндукции в обмотках 6 и 7 дросселя, а соответственно амплитуда переменного напряжения на первичной обмотке 3 выходного трансформатора остается на прежнем стабилизирующем уровне.

Так как резистор 41 образует с резистором 39 делитель напряжения, изменяя величину сопротивления резистора 4 1, можно регулировать уровень постоянной составляющей на конденсаторе 38, т.е ° тем самым регулировать стабилизируемый уровень напряжения на выходах преобразователя.

Амплитуда напряжения на первичной обмотке 3 выходного трансформатора определяется по известной формуле пав q а 7

3Ъ

Wpace гдеп=- — -

WHQH

U „- выходное напряжение литания; — коэффициент заполнения им пульсов (в диапазоне 0-1);

И„, - число Витков дросселя при накоплении энергии;

W „- число витков дросселя при рассеянии энергии.

Так как число витков при накоплении в два раза больше, п = 0,5 и

U8x я

Ц

2 (1-q) Составитель И.Никитин

Техред Л.Сердюкова

Корректор А.Обручар

Редактор И.Горная

Заказ 6653/53

Тираж 665

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

9 136529

Формула изобретения

Стабилизирующий преобразователь постоянного напряжения, содержащий накопительный дроссель, выходной трансформатор, два переключающих транзистора, цепь из двух последовательно соединенных диодов, подключенную в обратном направлении к входным выводам, к точке соединения диодов подключен один из выводов первичной обмотки выходного. трансформатора, задающий генератор, измерительный мост с конденсатором, зашунтированным резистором в первом плече моста, последовательно соединенным с ним стабилитроном во втором плече моста и резисторами в третьем и четвертом плечах, причем точки соединения конденсатора и резистора четвертого плеча через регулирующий резистор и диод соедйнены с первым выходом задающего генератора, точка соединения резисторов третьего и четвертого плеч 2б соединена с входом нуль-органа, а точки соединения. конденсатора и стабилитрона — с общим выводом нуль-органа, причем точка соединения резистора третьего плеча и стабилитрона .подключена через ограничительный резистор к одному иэ выводов выпрямителя, подключенного к дополнительной обмотке выходного трансформатора, отличающийся тем, что, 35 с целью повышения помехозащищеннос2 1О ти, КПД и упрощения, введены пусковые цепи, счетный триггер, инвертирующий и согласующий транзисторы, а переключающие транзисторы выполнены на транзисторах разного типа проводимости, точки соединения эмиттеров которых подключены к второму выводу первичной обмотки трансформатора, общему выводу нуль-органа и отводу от средней точки указанной дополнительной обмотки выходного трансформатора, выпрямитель которой подключен . к входным выводам через пусковые цепи из последовательно соединенных пускового конденсатора, резистора и диода к шинам питания задающего генератора и введенного счетного триггера, вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, а выход через разделительные диоды— с базами инвертирующих транзисторов, силовые переходы которых подключены к входам переключающих транзисторов, причем база инвертирующего транзистора обратной проводимости соединена с выходом нуль-органа непосредственно, а база инвертирующего транзистора прямой проводимости — через согласующий транзистор, при этом накопительный дроссель выполнен двухобмоточным с равным числом витков в обмотках и каждая из обмоток дросселя включена между соответствующим входным выводом и коллектором переключающего транзистора.